Vi sinh vật và enzzym trong quá trình lên men hạt cacao

Vi sinh vật và enzzym trong quá trình lên men hạt cacao Những biến đổi hoá học trong phần cơm nhầy và trong hạt cacao là kết quả từ các phản ứng sinh hoá có sự xúc tác của các enzym đặc dụng được tạo ra từ các vi sinh vật. Mật độ, hàm lượng, thành phần vi sinh vật quyết định tới chiều hướng lên men và chiều hướng xảy ra các phản ứng sinh hoá trong hạt, từ đó quyết định tới chất lượng của hạt cacao thành phẩm (nhất là về mặt mùi, vị thử nếm)[1]. Thành phần các vi sinh vật trong lên men Theo M.Ardhana, Graham H.Flect (2003) có khoảng 124 loài vi sinh vật hiện diện trong quá trình lên men hạt cacao bao gồm các loài: nấm men (yeasts), vi khuẩn (bacteria), nấm mốc (mould). Tuy nhiên mật độ và số lượng vi sinh vật ban đầu của mỗi vùng, mỗi quốc gia là khác nhau, do đó quá trình lên men của các vùng cũng khác nhau. Phải chăng đây là một trong những nguyên nhân và biện pháp điều khiển để tạo ra các loại hạt cacao có chất lượng đặc biệt và từ đó tạo ra các sản phẩm chocolate có nguồn gốc và xuất xứ (chocolate đặc sản). Trong quá trình lên men mật độ vi sinh vật cũng biến thiên theo thời gian lên men: số tế bào vi sinh vật hiếu khí tăng lên từ 6.1 x 106 cfu đến cực đại 4.2 x 107 cfu/g chất khô sau 48h lên men. Nấm men phát triển tới cực đại trong 24h đầu của lên men ở mật độ 6.1 x 107 cfu/g. Vi khuẩn sản sinh acid lactic và acid acetic phát triển sau 48h là 7.3 x 107 và 1.5 x 108 cfu/g chất khô[2]. Nhiều nghiên cứu gần đây cho rằng trong rất nhiều loài vi sinh vật đó thì chỉ có một số loài chính hoạt động mạnh và ảnh hưởng nhiều tới quá trình lên men và chất lượng hạt sau lên men (xem bảng 1). Phần lớn các loài khác có mặt trong quá trình lên men ít có tác dụng tới quá trình hình thành chất lượng hoặc thậm chí không có hoặc có tác dụng không tốt tới quá trình hình thành chất lượng của hạt cacao thành phẩm[3]. Các loài phụ này thường bị ức chế trong quá trình lên men cacao nhưng trong điều kiện thuận lợi (nhiệt độ thấp, hàm lượng etanol không cao, hàm lượng acid ít...) thì chúng sẽ phát triển và làm hỏng quá trình lên men hạt. Bảng 1: Một số vi sinh vật chính được phân lập từ quá trình lên men hạt cacao Vi sinh vật Quốc gia Ghanaa Malaysiaa Belizeb Vi khuẩn lactic Lactobacillus plantarum Lactobacillus mali Lactobacillus collinoides Lactobacillus fermentum Lactobacillus plantarum Lactobacillus collinoides Lactobacillus plantarum Lactobacillus fermentum Lactobacillus brevis Lactobacillus buchneri Lactobacillus cellobiosus Lactobacillus casei subsp. pseudoplantarum Lactobacillus delbrueckii Lactobacillus fructivorans Lactobacillus kandleri Lactobacillus gasseri Leuconostoc messenteroides Leuconostoc paramesenteroides Leuconostoc oenos Vi khuẩn axetic Acetobacter rancens Acetobacter ascendens Acetobacter xylinum Gluconobater oxydans Acetobacter rancens Acetobacter lovaniensis Acetobacter xylinum Gluconobater oxydans Acetobacter spp. Gluconobater oxydans Nấm men Candida spp. Hansenula spp. Kloeckera spp. Pichia spp. Sacharomyces spp. Sacharomycopsis spp. Schizosacharomyces spp. Torulopsis spp. Candida spp. Debaryomyces spp. hanseniaspora spp. Hansenula spp. Kloeckera spp. Rhodotorula spp. Sacharomyces spp. Torulopsis spp. Brettanomyces claussenii Candida spp. Candida boidinii Candida cocoai Candida intermedia Candida guilliermondii Candida krusei Candida reukaufii Kloeckera javanica Pichia membranaefaciens Sacharomyces cerevisiea Sacharomyces chevalieri Sacharomyces spp schizosascharomyces malidevorans a: Nguồn carr và cộng sự[4] b: Nguồn S.S Thompson và Pfeifer Các vi sinh vật này sẽ tham gia vào các quá trình biến đổi lý hóa trong quá trình lên men và trong quá trình phơi sấy bằng cách sản sinh ra các enzym để xúc tác các phản ứng hoá học như: phản ứng tạo rượu từ đường, phản ứng tạo acid từ rượu hoặc từ đường, phản ứng phân huỷ protit thành các acid amine... Đây là các quá trình phức tạp mà chưa có nhiều nghiên cứu đánh giá được. Một số biến đổi ở dịch nhầy trong quá trình lên men Các vi sinh vật và các phản ứng trong hạt đã làm chuyển hoá các thành phần hoá học trong hạt cacao, làm thay đổi môi trường trong dịch cơm nhầy cũng như trong hạt tuỳ thuộc vào các giống khác nhau. Đối với forastero lượng phần cơm nhầy chiếm khoảng 1/2 trọng lượng khô của hạt và đối với trinitario là 1/3, nhiệt độ lên men biến động từ 20-230C đến 48-500C khi đạt cực đại giúp cho quá trình lên men và các phản ứng tốt hơn, độ pH của phần cơm nhầy trước khi lên men là 3,6 – 3,9 và tăng lên 4,6 – 4,9 sau khi kết thúc lên men, trong khi pH trong hạt giảm từ 6,3 – 6,5 xuống 5,0 - 5,1 nguyên nhân ở đây là do một phần acid acetic và lactic di chuyển vào trong hạt, hàm lượng đường giảm để tạo thành etanol và acid (chủ yếu là acetic và lactic) do đó hàm lượng các chất này tăng lên, trong 24 – 48h đầu hàm lượng etanol trong phần cơm nhầy có thể tăng lên tới 6% (Bảng 1.2.2) (M.Ardhana, Graham H.Flect 2003[5]). Bảng 1.2: Sự thay đổi thành phần hoá học của phần cơm nhầy và hạt trong quá trình lên men Thành phần Hàm lượng Trước khi lên men Sau khi lên men Aa Bb Aa Bb Cơm nhầy Hạt Cơm nhầy Hạt Cơm nhầy Hạt Cơm nhầy Hạt Fructose (mg/g) 62 1,0 42 0,8 11 0,4 9 0,3 Glucose (mg/g) 41 0,7 24 0,6 7 0,1 5 0,1 Sucrose (mg/g) 32 19 21 18 0 0 0 0 Ethanol (% w/w) 0,5 0,2 0,3 0,2 0,1 0,4 1,6 1,6 Citric acid (mg/g) 24 9,0 21 7,4 11 4,0 9 3,5 Lactic acid (mg/g) 0,3 0,1 0,3 0,1 62 0,5 1,8 Acetic acid (mg/g) 0,4 1,0 0,4 0,7 12 25 10 15 pH 3,7 6,3 4,8 6,5 3,9 5,1 4,9 5,0 a: A (Hạt Forastero); Trước, 0 h; Sau, 120 h. b: B (Hạt Trinitario); Trước, 0 h; Sau, 72 h. c: Nồng độ ethanol sau 24 h đối với A là 6.5% (phần cơm nhầy) và 2.8% (hạt); đối với B là 5.2% (phần cơm nhầy) và 0.6% (hạt). Nguồn: M.Ardhana, Graham H.Flect., 2003[5] Enzym trong quá trình lên men hạt cacao Các vi sinh vật trong quá trình lên men đã sản sinh ra nhiều enzym trong đó có các enzym chủ yếu như: polyphenol oxidase (Wong, Dimick và Hammerstedt, 1990; Hammer, 1993), peroxidase (Ndomou, Djocgoue, Nana, và Debost, 1995)[6] đã xúc tác cho các phản ứng ô xy hoá khử để tạo nên các tiền hương vị chocolate và tiền chất tạo màu, enzym carboxypeptidase phân huỷ các peptit thành các oligopeptit và các amino acid tự do (Voigt, Biehl, Heinrichs, Kamaruddin, Marsoner và Hugi 1994), Enzym invertase, aminopeptidase trong phần cơm nhầy hoạt động mạnh phân hủy các protit để tạo thành các sản phẩm cho phản ứng tạo màu Maillar giữa acid amin và đường khử, các enzym (Hansen, del Olmo, và Burri, 1998)[7]. ThS. Phan Thanh Bình Phòng Sinh hóa và Công nghệ sinh học, Viện KHKT NLN Tây nguyên Tài liệu tham khảo [1] Smilja, L., Cause effect relation between fermentation, cut test and sensory notes, Vietnam April 07, In Training couse in Thu duc University, (2007). [2] Guiraud, S. L. G. G. L. J. L. P. M. B. J.-P., Study on the microflora and biochemistry of cocoa fermentation in the Dominican Republic, In International journal of food microbiology, (2007); pp 124. [3] Michael P.Doyle, L. R. B., Thomas J.Montville, Cocoa and coffee, In Food Microbiology, ASM press: (2001); pp 721. [4] Carr, J. G., P.A. Davis, and J.Dougan,, Cocoa fermentation in Ghana and Malaysia, In Food Chemistry, (1979). [5] M.Ardhana, G. H. F., The microbial ecology of cocoa bean fermentations in Indonesia, In International journal of food microbiology, (2003); pp 87. [6] Ardila, I. Y. S. a. G. B., Variations of peroxidase activity in cocoa (Theobroma cacao L.) beans during their ripening, fermentation and drying, In Food Chemistry, (1999); Vol. 65, pp 51. [7] Misnawi, S. J., B.Jamilah, S.Nazamid, Activation of remaining key enzyms in dried under-fermented cocoa beans and its effect on aroma precursor formation, In Food Chemistry, (2002); pp 407.